汽車用特殊鋼冶金技術講座1

29三月2024汽車用特殊鋼冶金技術講座1一、汽車用特殊鋼占汽車用鋼材重量的15～20％；強韌性、抗疲勞破壞性能、耐磨性、精密加工性能；低成本。2汽車用特殊鋼發(fā)展趨勢3冶金質量要求高疲勞壽命的軸承鋼；高強度、高彈減抗力的彈簧鋼；高強度窄淬透性帶的齒輪鋼；高強韌性的非調質軸件鋼；高強度、抗延遲斷裂特性的緊固件用鋼；高強度易切削鋼。4軸承鋼用于制造滾動軸承的滾動體和套圈；軸承設計向重量輕、壁薄、小型化發(fā)展；對性能要求突出體現(xiàn)在長壽命、低噪音和無振動等方面；軸承的破壞主要為滾動接觸疲勞破壞。5非金屬夾雜物對軸承鋼疲勞性能的影響每單位因子降低相當于108次循環(huán)疲勞強度降低125MPa夾雜物類型：

A類：硫化物夾雜；B類：Al2O3類夾雜；C類：硅酸鹽類夾雜；D類：鈣鋁酸鹽類夾雜；E類：氮化物類夾雜。6T[O]含量影響軸承接觸疲勞壽命與T[O]含量的關系Proceedingsofthe6thInternationalIronandSteelCongress,1990,Nagoya,p.6407軸承鋼冶金質量要求超低氧含量(≤8ppm)；低Ti含量(≤15ppm)；夾雜物控制(B,D,E類夾雜物)；中心偏析控制。8齒輪鋼提高輪齒的彎曲疲勞強度、齒面強度等；彎曲疲勞損傷易發(fā)生在表面硬化不足區(qū)和晶界弱化區(qū)；齒輪鋼表面滲碳層的性能是影響輪齒彎曲疲勞強度的主要因素。提高強度；減小體積；耐彎曲疲勞；耐磨損；高的尺寸精度。9齒輪鋼的疲勞強度淬透性帶性能；氧含量低；無網(wǎng)狀硫化物；晶粒細小均勻；合金成分設計。齒輪鋼特別要求窄的淬透性帶寬度，窄淬透性帶寬度的齒輪鋼熱處理后變形量小，齒輪的修磨量小，咬合精度高。10齒輪鋼系列德國（Mn-Cr系列）：16MnCr5、20MnCr5、25MnCr5、27MnCr5日本（Cr系和Co－Mo系列）：SCr415H、SCr420H、SCM415H、SCM420H美國（Cr－Ni－Mo系列）：SAE8615、SAE8620法國（Cr－Ni系和Cr－Mo系列）：19CN5、20CD4、27CD4、30CD411日本愛知製鋼公司生產(chǎn)的齒輪鋼Proceedingsofthe6thInternationalIronandSteelCongress,1990,Nagoya,p.640[S]：≤10ppm；[P]：≤0.01%(出鋼擋渣)≤0.005%(出鋼脫磷）。12齒輪鋼窄成分控制[C][Si][Mn][S][Cr][Mo][Al]0.009%0.01%0.02%0.0015%0.019%0.006%0.0048%日本愛知製鋼產(chǎn)8～16英寸齒輪，淬透性帶寬1.5HRC。13齒輪鋼關鍵冶金技術窄成分精確控制技術；超低氧鋼（≤15ppm）生產(chǎn)技術；非金屬夾雜物(晶界氧化物、硫化物）控制技術；高均質連鑄坯生產(chǎn)技術；中心偏析控制技術。14非調質鋼鍛造后不再經(jīng)調質熱處理；用于汽車曲軸、連桿、轉向節(jié)等；由最初的鐵素體＋珠光體型發(fā)展到貝氏體、馬氏體型；目前采用最多的是改進的鐵素體＋珠光體型。15鐵素體－珠光體型非調質鋼（Thyssen）16新日鐵產(chǎn)汽車用非調質鋼成分17非調質鋼關鍵冶金技術窄成分精確控制技術；超低氧鋼生產(chǎn)技術；非金屬夾雜物控制技術；較高S含量鋼（改善切削性能）成分控制及鑄坯缺陷防止技術；中心偏析控制技術。18彈簧鋼高彈簧設計應力（抗疲勞性能和抗彈性減退能力）；轎車螺旋懸架彈簧由熱成形改為冷成形；以Si-Mn鋼為基礎，添加釩和鈮細化晶粒，提高抗彈性減退能力；設計應力達1200－1300MPa。19彈簧鋼疲勞破壞與鋼中夾雜物絕大多數(shù)彈簧工件斷裂都是從表面或皮下缺陷引起；高應力下彈簧內部夾雜物會成為疲勞破壞源；要求高潔凈度（T[O]≤12ppm);發(fā)動機進出氣閥門鋼絲要求鋼中夾雜物為塑性夾雜物。20彈簧鋼關鍵冶金技術純凈鋼（超低磷、硫、氧）生產(chǎn)技術；非金屬夾雜物控制技術；閥門彈簧鋼絲鋼中非金屬夾雜物塑性化技術；連鑄坯中心偏析控制技術。21二、特殊鋼的超低硫冶煉技術Proceedingsofthe6thInternationalIronandSteelCongress,1990,Nagoya,p.640鋼種：齒輪鋼、彈簧鋼；關鍵技術：鐵水脫硫預處理；轉爐煉鋼抑制回硫；超低硫精煉（LF、RH、V－KIP）。22鐵水脫硫預處理應用：中國普遍采用；日、韓不采用；歐洲少量采用。優(yōu)點：脫硫效率高；脫硫劑耗量低；溫降小。缺點：扒渣難；轉爐回硫量大。鐵水噴鎂脫硫預處理23一些新建鋼廠轉向KR鐵水脫硫采用CaO-CaF2-CaC2系脫硫劑；脫硫劑作用時間長；大約12min脫硫反應可基本達到平衡；脫硫處理時間較噴粉工藝縮短5min；脫硫效率提高20－35％左右。T.Ueki,etal.,The10thJapan-ChinaSymposiumonScienceandTechnologyofIronandSteel,2004,p11624KR脫硫與噴粉脫硫的比較巖田勝吉，轉爐煉鋼節(jié)能技術研討會，中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會，2005年6月，萊蕪25KR脫硫與噴粉脫硫的比較T.Ueki,etal.,The10thJapan-ChinaSymposiumonScienceandTechnologyofIronandSteel,2004,p11626KR脫硫與噴粉脫硫的比較T.Ueki,etal.,The10thJapan-ChinaSymposiumonScienceandTechnologyofIronandSteel,2004,p11627轉爐煉鋼過程抑制回硫寶鋼轉爐回硫分析：鐵水： [S]：0.005%廢鋼： [S]：0.04%生鐵塊： [S]：0.03%石灰： [S]：0.011%輕燒白云石： [S]：0.025%生白云石： [S]：0.015%鐵水渣： [S]：1.0～2.2%鐵水帶渣量： 0.5～1.0噸28吹煉過程[S]變化29帶入硫量分析回硫主要來自廢鋼和鐵水脫硫渣；石灰?guī)氲牧蛄亢苌佟?0許多鋼廠石灰硫含量過高石灰?guī)肓蛄浚旱?爐；0.036％；第2爐：0.037％；第3爐：0.034％。國內某廠渣料成分31石灰硫含量的影響煉鋼石灰用量45kg/t脫硫處理渣量3kg/t脫硫渣[S]4.3％廢鋼加入量100kg廢鋼[S]0.04％鐵水量1000kg鐵水[S]0.007％32LF精煉脫硫渣系(CaO)+2/3[Al]+[S]=(CaS)+1/3(Al2O3)△G

＝－31487－67.53T[1]

[1]E.T.Turkdogan,FundamentalsofSteelmaking,TheInstituteofMaterials,TheUniversityPress,Cambridge,UK,1996（1）33（S.P.）因子推導代入（2）式，（3）因為，（2）34（S.P.）因子推導（3）由（3）式，可推出其中，(S.P)只與爐渣組成有關；獲得高的(S)/[S]：增加鋼液[Al]含量；提高溫度；降低爐渣(S.P.)值。35（S.P.）測定結果60％CaO-10％SiO2-30％Al2O336NKK福山廠250噸LF爐生產(chǎn)極低硫鋼([S]<5ppm)37真空噴粉脫硫鐵水預處理－BOF－LF－RH－CC工藝：爐外精煉時間長（80～100min）；鋼水溫降大；[N]含量增加。鐵水預處理－BOF－真空噴粉精煉－CC工藝：精煉時間短（～40min）；同時進行脫硫、脫氫、脫氮；溫降??；[S]可以脫除至3～5ppm。38V－KIP（君津280t）工藝Proceedingsofthe6thInternationalIronandSteelCongress,1990,Nagoya,p.61139比攪拌功率的比較6～7min后壓力即可降低至1Torr以下。Proceedingsofthe6thInternationalIronandSteelCongress,1990,Nagoya,p.61140Proceedingsofthe6thInternationalIronandSteelCongress,1990,Nagoya,p.61141爐渣組成控制42爐渣組成控制Proceedingsofthe6thInternationalIronandSteelCongress,1990,Nagoya,p.61143精煉后[S]含量Proceedingsofthe6thInternationalIronandSteelCongress,1990,Nagoya,p.61144精煉前后鋼液[H]含量V－KIP脫氫能力強于RH；鋼液初始[H]低于3ppm時，V－KIP脫氫效果不如RH；生產(chǎn)[H]≤2ppm鋼時，V－KIP處理時間需長于20min。45非金屬夾雜物改性46RH－噴粉脫硫新日鐵名古屋廠、住友金屬和歌山廠等采用；用于生產(chǎn)超低硫鋼([S]：2～5ppm)；優(yōu)點：處理時間短(30min)；脫硫劑消耗少；鋼液[N]、[C]回升少(適合無取向硅鋼、低碳管線鋼等）。RH－PTB47名古屋廠RH－PB工藝48[S]含量變化49新日鐵君津制鉄所第1煉鋼廠：240t頂?shù)讖痛缔D爐×3DH（REDA）×1KIP×11＃板-方坯鑄機，4＃板-方坯鑄機第2煉鋼廠：300t頂?shù)讖痛缔D爐×2RH×2V－KIP×1KIP×22＃板坯鑄機，3＃板坯鑄機第1煉鋼廠第2煉鋼廠50住友金屬和歌山制鐵所51三、特殊鋼的超低磷冶煉技術電爐流程：偏心爐底出鋼防止下渣回磷；出鋼過程脫磷（加入CaO、CaF2、Fe2O3等）＋VSC。轉爐流程：鐵水“三脫”預處理；利用轉爐進行鐵水脫磷預處理；超低硫精煉（LF、RH、V－KIP）。52電爐出鋼脫磷工藝愛知製鋼10％爐次采用VSC：冶煉鋼種更換；高級鋼種；出鋼脫磷。53鐵水“三脫”預處理新日鐵君津廠脫磷工序流程示意圖主要不足：脫磷前必須進行脫硅處理；廢鋼比低（≤5％）；脫磷爐渣處理難。54采用氧氣轉爐進行脫磷預處理90年代中期日本企業(yè)開發(fā)成功；LD－ORP、SRP、NRP等；近年來日本大規(guī)模采用；寶鋼、鞍鋼已采用，“曹妃甸”鋼廠也將采用。55不同脫磷工藝的比較56住友金屬和歌山廠煉鋼廠57轉爐鐵水脫磷工藝（MURC）S.Kitamura,etal.,9thChina-JapanSymposiumonScienceandTechnologyofironandSteel,Nov.8-9,Xian,p.12358轉爐鐵水脫磷工藝（MURC）S.Kitamura,etal.,9thChina-JapanSymposiumonScienceandTechnologyofironandSteel,Nov.8-9,Xian,p.12359四、特殊鋼超低氧冶煉技術出鋼防止下渣：電爐偏心爐底出鋼；轉爐出鋼擋渣（爐渣流動性控制、擋渣裝置等）。脫氧：鋁直接脫氧；強擴散脫氧（爐渣FetO+MnO≤0.5%）。爐外精煉：高堿度爐渣（CaO/SiO2≥5）；強攪拌；低SiO2含量包襯；真空精煉。連鑄：嚴格保護澆鑄；防止水口粘結、堵塞；防止結晶器保護渣卷入。60煉鋼出鋼擋渣61擋渣的重要性62愛知製鋼生產(chǎn)軸承鋼的工藝63提高擋渣效率降低煉鋼終渣流動性(提高堿度、MgO含量等)；采用氣動擋渣、擋渣錐、原紅外熱像儀等高效高效擋渣設備；鋼水包渣層厚度≤30~50mm；對特殊要求鋼種，出鋼后鋼水包除渣。64Al直接脫氧2[Al]＋3[O]＝Al2O3(s)△G

＝－1209594＋395.3TE.T.Turkdogan,FundamentalsofSteelmaking,Cambridge,UK,199665感應爐（Ar氣氛）研究結果1600℃66T[O]與溶解氧[O]山陽特殊鋼資料67LF爐精煉要點低SiO2含量耐火材料；防止鋼包殘鋼Ti含量污染（軸承鋼）；強化擴散脫氧；高堿度爐渣；強攪拌。68采用低SiO2含量耐火材料防止SiO2作為氧化劑；減少包襯熔損，保證高爐渣堿度；采用高鋁質或